8. The Ligand Gated Ion Channel Database

[LE NOVÈRE N, CHANGEUX JP (1999). The Ligand Gated Ion Channel Database. Nucleic Acids Research, 27(1) : 340-342. ]

8.1 Les différentes superfamilles de LGIC

Le terme Ligand Gated Ion Channels (LGICs) peut désigner trois groupes différents de protéines qui traversent la membrane de la cellule. Selon son sens le plus étroit, ce terme est synonyme de superfamille des récepteurs nicotinicoïdes [60,122]. Il inclut donc les récepteurs nicotiniques, le récepteur 5-HT₃, les récepteurs GABA_A [205] et GABA_C [31], les récepteurs de la glycine [16] et quelques récepteurs anioniques du glutamate qu'on trouve chez les invertébrés [74]. Tous ces récepteurs sont considérés comme des pentamères formés de sous-unités homologues; en d'autres termes, tous les gènes codant pour ces sous-unités dérivent d'un ancêtre commun [184,244]. Comme décrit dans le chapitre 7, chaque sous-unité peut être subdivisée en un large domaine amino-terminal extracellulaire, suivi par trois segments transmembranaires, d'une boucle intracellulaire de longueur variable, et d'un quatrième segment transmembranaire, la terminaison carboxy-terminale étant donc extracellulaire [Figure 8.1].

  

Figure 8.1 : A-Topologie transmembranaire d'une sous-unité de chaque superfamille. Le segment membranaire jaune forme probablement les parois du canal ionique.
B-Structure quaternaire du nAChR dans l'état ouvert. Deux des cinq sous-unités ont été enlevées afin d'exposer les deux faces du site de liaison de l'acétylcholine site.

Une signification intermédiaire est équivalente à canal ionique ouvert par un neurotransmetteur. Ce groupe comprend, en sus des précédents, les récepteurs cationiques du glutamate [160] et les récepteurs ionotropiques de l'ATP (P2_x et P2_z). Chacun de ces groupes forme en lui-même une superfamille de récepteurs formés de sous-unités homologues. Les récepteurs cationiques du glutamate comprennent les récepteurs NMDA, les récepteurs AMPA, les récepteurs kaïnate, et les récepteurs $\delta$. Cette superfamille comprend également les protéines liant le kaïnate, dont la fonction physiologique reste énigmatique. Chaque sous-unité peut être subdivisée (revue dans [247]) en un large domaine amino-terminal extracellulaire, suivi par un segment transmembranaire, une «P-loop», un autre segment transmembranaire, un second domaine extracellulaire, et un segment transmembranaire final, la terminaison carboxy-terminale étant donc intracellulaire. Chaque sous-unité des récepteurs ionotropiques de l'ATP est formée d'un domaine amino-terminal extracellulaire, encadré par deux segments transmembranaires.

Finalement l'acception la plus large comprend tous les canaux ioniques dont l'ouverture est contrôlée par un ligand [11]. Elle couvre donc également canaux ioniques contrôlés de manière intracellulaire par le phosphate d'inositol et les nucléotides cycliques.

Dans son état actuel, v0.1 (98.06), la Ligand Gated Ion Channel Database contient des informations concernant les membres correspondant avec l'acception médiane des LGICs, l'accent étant toutefois mis sur ceux correspondant à l'acception la plus étroite. La superfamille des récepteurs nicotinicoïdes est en effet couverte de manière extensive, alors que les superfamilles des récepteurs excitateurs du glutamate et de l'ATP sont moins systématiquement explorées.

8.2 Structure de la banque de données

La Ligand Gated Ion Channel Database prend son origine dans l'étude de l'histoire évolutive des sous-unités du récepteur nicotinique [184] qui sera détaillée au chapitre 9. Les séquences accumulées pour cette étude constituèrent initialement une banque de données «maison» pour le laboratoire de Neurobiologie Moléculaire, que j'ai placée sur le WorlWide Web à la fin de 1995. L'adresse de la banque est :

https://lenoverelab.org/LGICdb/LGICdb.php

La banque comprend des séquences (212 entrées différentes dans la version v0.1 (98.06)), des alignements, et des informations phylogénétiques.

 

Tableau 8.1: Contenu de la version v0.1 (98.06) de la Ligand Gated Ion Channel Database

Groupe	entrées
su des récepteurs nicotinicoïdes anioniques (acides nucléiques)	74
su des récepteurs nicotinicoïdes anioniques (protéines)	84
su des récepteurs nicotinicoïdes cationiques (acides nucléiques)	98
su des récepteurs nicotinicoïdes cationiques (protéines)	98
su des récepteurs cationiques du glutamate (acides nucléiques)	23
su des récepteurs ATP(protéines)	7

Les séquences sont le plus souvent originaires des banques publiques Genbank et EMBL, bien que certaines aient été chargées à partir de la banque Swissprot, voire directement recopiées depuis l'article original. Les séquences de sous-unités des récepteurs de l'ATP ont été collectées par Ralf SCHOEPFER. Le format des séquences est celui du WISCONSIN package de GCG [85], c'est-à-dire à peu de chose près celui de GenEMBL. Certains fichiers d'ADN ont été composés par fusion de plusieurs fichiers contenant des séquences d'exons et peuvent ainsi ne pas être directement utilisables en tant que séquence GCG. J'ai effectué quelques corrections manuelles quand les fichiers originaux se sont révélés erronés (par exemple en cas de différences entre la séquence publiée et celle présente dans les banques). La correction est toujours clairement signalée. La banque GenEMBL est redondante du fait des entrées par de multiples auteurs. Au contraire, plutôt que de présenter chaque fichier existant, la Ligand Gated Ion Channel Database ne retient que la séquence la plus longue (i.e. la plus complète). Le travail original reste de toute façon cité. Quand plusieurs séquences différentes existent pour une sous-unité particulière, sans évidence d'erreurs de séquençage ou de recopie, toutes les séquences sont cependant présentées (p.ex., c'est le cas d'un gène séquencé dans différentes espèces d'un même genre).

Les fichiers GenEMBL, avec une séquence de nucléotides formatée, contiennent généralement la séquence protéique sous un format brut, non formaté. Cependant la Ligand Gated Ion Channel Database contient également des fichiers séparés, contenant les séquences protéiques au format GCG directement utilisable. Pour chaque groupe de séquences, les entrées sont classées soit par organismes, soit par similarité de séquence et de fonction (ces deux notions étant heureusement congruentes dans le cas des sous-unités de LGIC). La dernière hiérarchie requiert des seuils de classement non «naturels» (voir Table 8.2). Le premier rang est la famille, défini par le ligand endogène responsable de l'ouverture du canal^8.1. Une exception est la famille des nAChRs, classiquement caractérisée par l'action de la nicotine, un ligand exogène. Un second rang est la sous-famille, définie par la faculté pour les sous-unités de former des récepteurs endogènes ensembles^8.2. Finalement, un dernier rang est la tribu, parfois définie par la similarité de fonction au sein de l'oligomère (par exemple la participation au site de liaison des agonistes compétitifs). Il faut noter que cette classification n'est pas totalement congruente avec les inférences phylogénétiques publiées, bien qu'elle soit généralement en agrément.

 

Tableau 8.2 : Hiérarchie de la Ligand Gated Ion Channel Database

superfamille des récepteurs nicotinicoïdes
	famille des récepteurs nicotiniques
		sous-famille des récepteurs épithéliaux
		sous-famille des récepteurs neuronaux bloqués par l'$\alpha$-bgt
		sous-famille des récepteurs musculaires
		sous-famille des récepteurs neuronaux hétéromériques
		sous-famille des récepteurs hétéromériques protostomiens
	famille des récepteurs de la sérotonine
	famille des récepteurs GABA
		sous-famille des récepteurs GABAA
		sous-famille des récepteurs GABAC
	famille des récepteurs à agonistes divers
		sous-famille des récepteurs GABA
		sous-famille des récepteurs glutamate
		sous-famille des récepteurs glycine
superfamille des récepteurs glutamate excitateurs
	famille des récepteurs excitateurs du glutamate
		sous-famille des sous-unités du récepteur NMDA
		sous-famille des sous-unités du récepteur AMPA
		sous-famille des sous-unités du récepteur KAÏNATE
		sous-famille des protéines liant le kaïnate
		sous-famille des sous-unités $\delta$
superfamille des récepteurs ATP
	famille des récepteurs ATP

La Ligand Gated Ion Channel Database en ligne est continuellement mise à jour. Cependant des versions discrètes peuvent être télé-chargées à partir du WWW, sous la forme d'une archive compressée.

Un système de recherche est disponible, qui permet à l'utilisateur de comparer un motif nucléique ou protéique avec la banque, à l'aide du programme FASTA [252].

Footnotes

... canal^8.1

Dans certains cas, le ligand endogène diffère selon l'espèce considéré. Par exemple, les récepteurs anioniques du glutamate que l'on trouve chez les invertébrés [74] sont probablement homologues des récepteurs glycine ou GABA des mammifères.

... ensembles^8.2

Une famille peut être formée d'une seule sous-famille comme dans le cas des récepteurs glycine des mammifères.